DE10163615A1

DE10163615A1 - Method and device for detecting leaks in water-cooled electrical machines

Info

Publication number: DE10163615A1
Application number: DE2001163615
Authority: DE
Inventors: Juergen Klaar
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2021-12-22
Also published as: WO2003056686A2; DE10163615B4; EP1456933A2; WO2003056686A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Leckagen in wassergekühlten elektrischen Maschinen mit einem gegenüber der Atmosphäre gasdichten und mit einem Kühlgas gefüllten Generatorgehäuse sowie zumindest einem geschlossenen Kühlwasserkreislauf zum Abführen der von dem Generator erzeugten Wärme, wobei das Kühlwasser als Tracer eine radioaktive Substanz, insbesondere Tritium, enthält, und wobei mittels eines Detektors das Kühlgas auf Spuren der Tracersubstanz untersucht wird. Ein Verfahren der eingangs genannten, dass eine zuverlässige Aussage über das Vorliegen einer Leckage und möglichst auch über die Leckagemenge sowie die Herkunft des Leckagewassers ermöglicht, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: DOLLAR A a) Feststellen von Spuren der Tracersubstanz im Kühlgas mittels des Detektors; DOLLAR A b) Abtrennen des Detektors von der Kühlgas-Zufuhr und DOLLAR A c) Spülen des Detektors mit einem Inertgas und Durchführen einer Nullmessung zur Bestimmung der Nullrate des Detektors.The invention relates to a method for detecting leaks in water-cooled electrical machines with a generator housing that is gas-tight to the atmosphere and filled with a cooling gas, and at least one closed cooling water circuit for removing the heat generated by the generator, the cooling water as a tracer, a radioactive substance, in particular tritium , contains, and the cooling gas is examined for traces of the tracer substance by means of a detector. A method of the aforementioned that enables reliable information about the presence of a leak and, if possible, also about the amount of leakage and the origin of the leakage water, is characterized according to the invention by the method steps: DOLLAR A a) detection of traces of the tracer substance in the cooling gas by means of the detector; DOLLAR A b) disconnecting the detector from the cooling gas supply and DOLLAR A c) purging the detector with an inert gas and performing a zero measurement to determine the zero rate of the detector.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Leckagen in wassergekühlten elektrischen Maschinen mit einem gegenüber der Atmosphäre gasdichten und mit einem Kühlgas gefüllten Generatorgehäuse sowie zumindest einem geschlossenen Kühlwasserkreislauf zum Abführen der von dem Generator erzeugten Wärme, wobei das Kühlwasser als Tracer eine radioaktive Substanz, insbesondere Tritium, enthält, und wobei das Kühlgas mittels eines Detektors auf Spuren der Tracersubstanz untersucht wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. The invention relates to a method for the detection of Leaks in water-cooled electrical machines with one gas-tight to the atmosphere and with a cooling gas filled generator housing and at least one closed Cooling water circuit for discharging from the generator generated heat, with the cooling water as a tracer contains radioactive substance, especially tritium, and wherein Cooling gas by means of a detector on traces of the tracer substance is examined. The invention further relates to a Device for performing this method.

Um zu verhindern, dass aufgrund einer Leckage Wasser beispielsweise in den Schaltleitungskreis eindringt und einen Kurzschluß verursacht und zum Abschalten der gesamten Anlage führt, ist es aus der Praxis bekannt, im Generatorgehäuse Flüssigkeitsmelder und auch Gasfeuchtemeßinstrumente anzuordnen, wobei die Gasfeuchtemeßinstrumente die relative und absolute Gasfeuchte eines im Generatorgehäuse befindlichen Kühlgases, meist Wasserstoff, messen. Die Messung der Gasfeuchte kannn zwar eine Änderung der Gasfeuchte, der Taupunkttemperatur und der relativen und/oder absoluten Feuchten anzeigen, für die Detektion einer Wasserleckage reichen diese Meßgrößen aber nicht aus, da die Feuchte oder die Taupunkttemperatur im Generatorgehäuse auch ohne Leckage schon zwischen +30°C und -40°C schwanken können. Die gebräuchlicherweise eingesetzten Meßgeräte sind entweder für niedrige Taupunkttemperaturen bis max. +10°C oder nur für Hochfeuchten bis +30°C meßsicher zu verwenden. Mit diesen herkömmlichen Geräten ist eine sichere Überwachung der Feuchte somit nur begrenzt möglich. Darüber hinaus ist das Verhalten der Feuchte in der Maschine auch ohne den Eintrag von Feuchte durch eine Leckage aufgrund unterschiedlicher Einflußgrößen sehr individuell, so dass üder die Feuchtemessung allein keine zuverlässige Aussage über das Vorliegen einer Leckage möglich ist. To prevent water from leaking for example, penetrates into the switching circuit and one Short circuit causes and to switch off the entire system leads, it is known from practice, in the generator housing Liquid detectors and also gas moisture measuring instruments to be arranged, the gas humidity measuring instruments being relative and absolute gas humidity of one in the generator housing Measure cooling gas, usually hydrogen. The measurement of Gas moisture can change the gas moisture, the Dew point temperature and the relative and / or absolute humidity display, these are sufficient for the detection of a water leak Measured variables, however, are not sufficient, since the humidity or the Dew point temperature in the generator housing even without leakage can fluctuate between + 30 ° C and -40 ° C. The commonly used measuring instruments are either for low Dew point temperatures up to max. + 10 ° C or only for high humidity up to + 30 ° C. With these conventional Safe moisture monitoring is therefore only possible for devices limited possible. In addition, the behavior of the Moisture in the machine without the entry of moisture due to leakage due to different influencing factors very individual, so that moisture measurement alone no reliable statement about the presence of a leak is possible.

Durch die Tracerung des Kühlwassers beispielsweise mit Tritium und die online-Überwachung des Kühlgases auf Tritium bzw. die ergänzende Messung des Tritiumgehalts im Kondensat eines Kondensat-Gastrockners wird der Nachweis einer Wasserleckage in Inneren des Generatorgehäuses erleichtert. Ein solches Überwachungsverfahren ist beispielsweise aus der DE 27 51 964 C2 bekannt. Aber auch mit diesen Verfahren ist eine Bestimmung der Herkunft und Menge des Leckagewassers nicht möglich. By tracing the cooling water with, for example Tritium and the online monitoring of the cooling gas for tritium or the additional measurement of the tritium content in the condensate of a condensate gas dryer is the proof of a Water leakage inside the generator housing is facilitated. On Such monitoring method is for example from DE 27 51 964 C2 known. But even with these procedures, one is Determination of the origin and quantity of the leakage water is not possible.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass es eine zuverlässige Aussage über das Vorliegen einer Leckage und möglichst auch über die Leckagemenge sowie die Herkunft des Leckagewassers ermöglicht. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen. Proceeding from this, the invention is based on the object To improve processes of the type mentioned at the outset so that it is a reliable statement of the existence of a leak and if possible also about the amount of leakage and the origin of the leakage water. The invention also lies the task of a device for performing the Provide procedure.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

a) Feststellen von Spuren der Tracersubstanz im Külgas mittels des Detektors;
b) Abtrennen des Detektors von der Kühlgas-Zufuhr und
c) Spülen des Detektors mit einem Inertgas und Durchführen einer Nullmessung zur Bestimmung der Nullrate des Detektors.

The solution to this problem is characterized according to the invention by the process steps:

a) detecting traces of the tracer substance in the cooling gas by means of the detector;
b) disconnecting the detector from the cooling gas supply and
c) purging the detector with an inert gas and performing a zero measurement to determine the zero rate of the detector.

Gemäß diesem ersten erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Leckagebestimmung mittels eines Tracer-Detektors. Um sicherzustellen, dass aus der Anzeige des Detektors wirklich auf das Vorliegen einer Leckage geschlossen werden kann, wird der Detektor zuerst von der Kühlgas-Zufuhr abgekoppelt und mit einem Inertgas gespült, um festzustellen, ob der Detektor auch exakt eine Nullrate messen kann, wenn definitiv keine Tracersubstanz vorliegt. Wird dieser Test positiv beendet, ist aus der Tracer-Anzeige eindeutig zu schließen, dass der Detektor Spuren der Tracersubstanz ermittelt hat und somit von einer Leckage im Kühlwasserkreislauf auszugehen ist. According to this first method according to the invention, the Leakage determination using a tracer detector. Around make sure that the detector's display is really on the presence of a leak can be closed, the Detector first uncoupled from the cooling gas supply and with an inert gas to determine if the detector can also measure exactly one zero rate, if definitely none Tracer substance is present. If this test is positive, it can be clearly concluded from the tracer display that the Detector has determined traces of the tracer substance and thus a leak in the cooling water circuit can be assumed.

Zur Ermittlung von Hinweisen auf die Größe der ermittelten Leckage wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass der Detektor zusätzlich noch einer Kalibrierung unterzogen wird, in deren Verlauf dem Detektor mit Kühlwasser befeuchtetes reines Kühlgas zugeführt wird. Aus der Anstiegsgeschwindigkeit und der Höhe der Impulsrate der detektierten Tracersubstanz lassen sich dann Rückschlüsse über die Leckagegröße herleiten. To determine information on the size of the determined Leakage is according to a preferred embodiment suggested that the detector be one more Is subjected to calibration, in the course of which the detector Cooling water humidified pure cooling gas is supplied. From the Rate of rise and the rate of the pulse rate the tracer substance detected can then be used to draw conclusions derive the leak size.

Bei einer zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante wird das Kühlgas kontinuierlich einem Gastrockner zugeführt. Dieses Verfahren ist gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Durchleiten des zu trocknenden Kühlgases durch eine dem eigentlichen Gastrockner vorgeschaltete, auswechselbar in der Zuleitung angeordnete Gelpatrone mit einem festgelegten Trockengewicht;
Wiegen der nassen Gelpatrone und Ermitteln der Wassermengenaufnahme pro Zeiteinheit und
Untersuchen des Gels auf Spuren der Tracersubstanz. In a second method variant according to the invention, the cooling gas is fed continuously to a gas dryer. This process is characterized by the process steps:
Passing the cooling gas to be dried through a gel cartridge upstream of the actual gas dryer and interchangeably arranged in the feed line and having a fixed dry weight;
Weigh the wet gel cartridge and determine the amount of water consumed per unit of time and
Examine the gel for traces of the tracer substance.

Da die auswechselbare, mit einem hygroskopischen Gel gefüllte Patrone ein bekanntes Trockengewicht hat, kann durch einen Gewichtsvergleich mit dem Gewicht der nassen Patrone nach einer bekannten Betriebsdauer bei bekanntem Volumenstrom auf Wassermengenaufnahme pro Zeiteinheit, beispielsweise pro Stunde, und somit auf die Größe der Leckage geschlossen werden. Ebenso ist die ermittelte spezifische Aktivität der festgestellten Tracersubstanz eine wichtige Größe zur Bestimmung der Leckagemenge. Because the interchangeable, filled with a hygroscopic gel Cartridge has a known dry weight, can be replaced by a Weight comparison with the weight of the wet cartridge a known operating time with a known volume flow Water intake per unit of time, for example per Hour, and thus concluded on the size of the leak become. The specific activity determined is also the found tracer substance an important parameter for Determining the amount of leakage.

Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung der Gelpatrone kann die Leckagemenge bei der Verwendung eines Geltrockners als Gastrockner auch das Gewicht der gesamten Gelfüllung des Gastrockners zur Ermittlung der trocken/feucht Gewichtsdifferenz herangezogen werden. Zu diesem Zweck ist es aus vorrichtungsmäßiger Sicht sinnvoll, die das Gel beinhaltende Kammer mit einer Wägeeinrichtung zu versehen, da auf diese Weise auf einen Ausbau und eine gesonderte Wägung des Gastrockners verzichtet werden kann. Alternatively or in addition to using the gel cartridge, you can the amount of leakage when using a gel dryer as Gas dryer also weighs the total gel filling of the Gas dryer to determine the dry / wet weight difference be used. For that purpose it is over In terms of the device, the chamber containing the gel makes sense to provide a weighing device, because in this way an expansion and a separate weighing of the gas dryer can be dispensed with.

Neben den Möglichkeiten eine Leckage über Gasuntersuchungen zu ermitteln, besteht nach einer dritten Verfahrensvariante mit am Gehäuse angeordneten Flüssigkeitsmeldern die Möglichkeit, eine Leckage durch Untersuchungen von an verschiedenen Stellen an der Maschine aufgenommenen Flüssigkeiten zu ermitteln. Dieses Verfahren ist gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt:
Untersuchen des im Generatorgehäuse angesammelten Wassers und/oder Kondensats, des Sekundärkühlwassers, des Dichtöls der Wellendichtungen, der Feuchtigkeit im Kupplungsschutz der Erregerkupplung und/oder des Wassers am Austrittsrohrs beim Regenerierbetrieb des Gastrockners auf Spuren der Tracersubstanz. In addition to the possibilities of determining a leakage by means of gas examinations, according to a third variant of the method with liquid detectors arranged on the housing, there is the possibility of determining a leakage by examining liquids which have been taken up at different points on the machine. This process is characterized by the process step:
Examine the water and / or condensate collected in the generator housing, the secondary cooling water, the sealing oil of the shaft seals, the moisture in the coupling protection of the exciter coupling and / or the water on the outlet pipe during regeneration operation of the gas dryer for traces of the tracer substance.

Neben der Ermittlung einer Leckage beim Vorliegen von Spuren der Tracersubstanz in der untersuchten Flüssigkeit besteht bei diesem Verfahren zumindest teilweise die Möglichkeit, auch den Ort der Leckage zu bestimmen. So ist beispielsweise beim Vorliegen von Tracersubstanz im Sekundärkühlwasser darauf zu schließen, dass eine Leckage im Bereich der Wasser/Wasser-Kühler vorliegt. In addition to determining a leak if there are traces of the tracer substance in the examined liquid with this method at least partially the possibility also determine the location of the leak. For example if tracer substance is present in the secondary cooling water conclude that there is a leak in the area of the Water / water cooler is present.

Um auszuschließen, dass es sich bei den nach den verschiedenen Verfahrensvarianten ermittelten Tracerspuren im Gas oder in der Flüssigkeit um tracerhaltige Restfeuchte handelt, die sich aus verschiedenen Gründen in der Maschine eingelagert hat, wird weiterhin vorgeschlagen, dass zwischen zwei Messungen die spezifische Aktivität der Tracersubstanz um 50 bis 100% erhöht wird. To rule out that the after the tracer traces in the gas or different process variants in the liquid is residual moisture containing tracer, which stored in the machine for various reasons , it is further suggested that between two Measures the specific activity of the tracer substance by 50 to Is increased 100%.

Schließlich wird mit einer vierten Verfahrensvariante vorgeschlagen auch Leckagen zu ermitteln, die nicht oder aufgrund unterschiedlicher Druckverhältnisse noch nicht zum Eindringen von Feuchte oder Wasser in die Maschine geführt haben. Dieses Verfahren ist gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt:
Bestimmen der Gasblasen und des Druckanstiegs im einem Ausdehnungsbehälter der Primärkühlkreisläufe zur Ermittlung einer Gasleckage mit Eintritt von Kühlgas in den Kühlwasserkreislauf. Finally, with a fourth method variant, it is also proposed to determine leaks that have not or have not yet led to the ingress of moisture or water into the machine due to different pressure conditions. This process is characterized by the process step:
Determination of the gas bubbles and the pressure increase in an expansion tank of the primary cooling circuits to determine a gas leak with the entry of cooling gas into the cooling water circuit.

Bei kleinen Leckagen kann Kühlgas in den Kühlwasserkreislauf eindringen. Dieses Gas wird gelöst oder in Gasblasen über den Kühlwasserkreislauf zum Ausdehnungsbehälter transportiert, wo das Gas zu einem Druckanstieg im Ausdehnungsbehälter mit eventuellem Ansprechen des Überdruckventils führt. Die Ermittlung solcher Leckagen ist wichtig, da es sich häufig um ein Frühstadium einer später größeren Leckage mit Wassereintritt in die Maschine handeln kann, weshalb durch diese Fehlerermittlung hohe Reparaturkosten und Ausfallzeiten der Maschine vermieden werden können. In the event of small leaks, cooling gas can enter the cooling water circuit penetration. This gas is dissolved or in gas bubbles over the Cooling water circuit transported to the expansion tank where the gas to an increase in pressure in the expansion tank possible response of the pressure relief valve leads. The Identifying such leaks is important because it is common an early stage of a later major leak Water entering the machine can act, which is why through this Error detection high repair costs and downtimes Machine can be avoided.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der der Aufbau einer elektrischen Maschine nur beispielhaft schematisch dargestellt ist, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In der Zeichnung zeigt: Further features and advantages of the invention result based on the following description of the associated Drawing showing the construction of an electrical machine only is shown schematically by way of example for implementation of the method according to the invention is suitable. In the Drawing shows:

Fig. 1 in einem Schaltbild schematisch den Aufbau und insbesondere die Kühlkreisläufe eines Turbogenerators; FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing the structure and in particular the cooling circuits of a turbogenerator;

Fig. 2 ein Fig. 1 entsprechendes Schaltbild, insbesondere mögliche Leckagestellen darstellend und Fig. 2 is a circuit diagram corresponding to Fig. 1, particularly showing possible leakage points and

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Geltrockners. Fig. 3 is a schematic representation of a gel dryer.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Turbogenerator 1 weist ein gasdichtes Generatorgehäuse 2 auf, dessen Innenraum 3 mit unter Druck stehendem Wasserstoff als Kühlgas gefüllt ist. Der Wasserstoff kühlt neben anderen Komponenten im wesentlichen die eine den Läufer bildenden Welle 4 umgebenden Blechpakete 5 des Ständers. Die Verwendung von Wasserstoff als Kühlgas reduziert die Gasreibungsverluste gegenüber einer Luftkühlung. The turbogenerator 1 shown in FIGS. 1 and 2 has a gas-tight generator housing 2 , the interior 3 of which is filled with pressurized hydrogen as the cooling gas. In addition to other components, the hydrogen essentially cools the laminated core 5 of the stator which surrounds the shaft 4 forming the rotor. The use of hydrogen as a cooling gas reduces the gas friction losses compared to air cooling.

Die vom Wasserstoff aufgenommenen Wärme wird in Wasserstoffkühlern 6 an das sogenannte Sekundärkühlwasser 7 abgeführt, wobei der Wasserdruck des Sekundärkühlwassers 7 in den Wasserstoffkühlern 6 meist über dem Druck des Wasserstoffs liegt. The heat absorbed by the hydrogen is dissipated in the hydrogen coolers 6 to the so-called secondary cooling water 7 , the water pressure of the secondary cooling water 7 in the hydrogen coolers 6 usually being above the pressure of the hydrogen.

Damit zwischen der rotierenden Welle 4 und dem Generatorgehäuse 2 der Wasserstoff nicht in die Atmosphäre 8 entweichen kann, werden ölgeschmierte Wellendichtungen 9 verwendet, die neben Lagern 10 auf der Welle 4 angeordnet sind. Im Innenraum 3 des Generatorgehäuses 2 sind Ständerwicklungen 11 mit Teflonschläuchen zur Potentialtrennung, Rohrleitungen 12 sowie Kompensatoren 13 angeordnet. Die Wicklungsstäbe der Ständerwicklung 11 weisen Hohlleiter auf, in denen das sogenannte Primärkühlwasser 14 der Generatorkühlkreise zur Abführung der Verlustwärme strömt. Der Wasserdruck dieses Kreislaufs des Primärkühlwassers 14 des Ständerwicklung 11 liegt im allgemeinen unter dem Druck des Wasserstoffs. So that the hydrogen cannot escape into the atmosphere 8 between the rotating shaft 4 and the generator housing 2 , oil-lubricated shaft seals 9 are used, which are arranged next to bearings 10 on the shaft 4 . In the interior 3 of the generator housing 2 , stator windings 11 with Teflon hoses for potential isolation, pipes 12 and compensators 13 are arranged. The winding bars of the stator winding 11 have waveguides in which the so-called primary cooling water 14 of the generator cooling circuits flows in order to dissipate the heat loss. The water pressure of this circuit of the primary cooling water 14 of the stator winding 11 is generally below the pressure of the hydrogen.

Im Generatorgehäuse 2 werden über einen separaten Primärwasser-Kühlkreis 15 Schaltleitungen und Stromdurchführungen 16 gekühlt, wobei der Wasserdruck dieses Kühlkreises 15 zum Teil über dem Druck des Wasserstoffs liegt. In the generator housing 2 to be cooled 15 switching lines and power feedthroughs 16 via a separate primary water-cooling circuit, wherein the water pressure of this cooling circuit 15 is in part due to the pressure of the hydrogen.

Eine Läuferwicklung 17 wird über einen weiteren separaten Primärwasser-Kühlkreislauf 18 gekühlt, dessen Wasserdruck aufgrund der Fliehkräfte der rotierenden Welle 4 immer über dem Druck des Wasserstoffs liegt. Das Kühlwasser des Kreislaufs 18 der Läuferwicklung 17 wird der Welle 4 über entsprechende Rohrleitungen 19 zugeführt und über diese Rohrleitungen 19 von der Welle 4 wieder abgeführt. A rotor winding 17 is cooled via a further separate primary water cooling circuit 18 , the water pressure of which is always above the pressure of the hydrogen due to the centrifugal forces of the rotating shaft 4 . The cooling water of the circuit 18 of the rotor winding 17 is fed to the shaft 4 via corresponding pipelines 19 and discharged from the shaft 4 again via these pipelines 19 .

Zur kontinuierlichen Trocknung des Wasserstoffs wird ein Teilstrom 20 des Wasserstoffs mindestens einem Gastrockner 21 zugeführt. Der Gastrockner 21 ist über Rohrleitungen 22 und Ventile mit dem Generatorgehäuse 2 verbunden. Als Gastrockner 21 werden Geltrockner und auch Kondensattrockner verwendet, wobei beim sogenannten Regenerieren des Geltrockners das gesammelte Wasser über eine Rohrleitung 23 in Form von Wasserdampf abgeführt wird, während bei der Verwendung eines Kondensattrockners in der Rohrleitung 23 das Kondensat gesammelt wird. For the continuous drying of the hydrogen, a partial stream 20 of the hydrogen is fed to at least one gas dryer 21 . The gas dryer 21 is connected to the generator housing 2 via pipes 22 and valves. The gas dryer 21 gel dryer and condensate dryer and wherein the collected water is discharged via a conduit 23 in the form of steam in so-called regeneration of the gel dryer, while the condensate is collected in the use of a condensate dryer in the pipeline 23 are used.

An einem vom Wasserstoff durchströmten Stromdurchführungskasten 24 sowie an den tiefsten Punkten des Generatorgehäusese 2 sind sind Rohre 25 mit Flüssigkeitsmeldern 26 angeschlossen, die das Auftreten von Leckagewasser und/oder Kondensat detektieren. Auch im Stromdurchführungskasten selbst sind Flüssigkeitsmelder 26 installiert. Are in a flow-through from the hydrogen flow-guide box 24 and at the lowest points of the Generatorgehäusese 2 25 are connected with liquid detectors 26, which detect the occurrence of leakage water and / or condensate pipes. Liquid detectors 26 are also installed in the power feed-through box itself.

Zur Messung der Gasfeuchte im Wasserstoff wird über eine Rohrleitung 27 ein Feuchtemesser 28 im Bypass kontinuierlich mit Wasserstoff versorgt. Ebenso wird ein Tritium-Detektor 29 kontinuierlich von Wasserstoff durchströmt. To measure the gas moisture in the hydrogen, a moisture meter 28 in the bypass is continuously supplied with hydrogen via a pipe 27 . A tritium detector 29 is also continuously flowed through by hydrogen.

Ergänzend zu den voranstehend beschriebenen inneren Kühlkreisen existiert ein äußerer Kühlkreis. Dieser umfaßt einen Ausdehnungsbehälter 30, in dem das Warmwasser der drei Kühlkreisläufe 14, 15 und 18 gesammelt wird, um anschließend in einem Wasser/Wasser-Kühler 31 zurückgekühlt zu werden. Für die chemische Konditionierung des Wassers der Primärkreisläufe wird der Ausdehnungsbehälter 30 bei leichtem Überdruck über eine Zuleitung 32 mit Wasserstoff durchströmt. Der Wasser/Wasser-Kühler 31 führt die Wärme über das Sekundärwasser 7 ab, dessen Wasserdruck normalerweise unterhalb des Primärwasserdrucks liegt. Zur Förderung des Primärwassers ist eine Pumpe 33 erforderlich, die am Ende der Welle 4 in dem sogenannten Wasseranschlußkopf 34 angeordnet sein kann. Zwischen diesem Wasseranschlußkopf 34 und einer erregerseitigen Kupplung 35 des Generators befinden sich die Erregermaschine mit den Gleichrichtern 36 oder nicht dargestellte Schleifringe. In addition to the inner cooling circuits described above, there is an outer cooling circuit. This comprises an expansion tank 30 , in which the hot water of the three cooling circuits 14 , 15 and 18 is collected in order to be subsequently cooled in a water / water cooler 31 . For the chemical conditioning of the water of the primary circuits, the expansion tank 30 is flowed through with hydrogen at a slight overpressure via a feed line 32 . The water / water cooler 31 removes the heat via the secondary water 7 , the water pressure of which is normally below the primary water pressure. To pump the primary water, a pump 33 is required, which can be arranged at the end of the shaft 4 in the so-called water connection head 34 . The excitation machine with the rectifiers 36 or slip rings (not shown) are located between this water connection head 34 and a coupling 35 of the generator on the exciter side.

An das Rohrsystem des äußeren Kühlkreis ist ferner ein Entleerungs- und Entlüftungsrohrsystem 37 angeschlossen. Weitere Aggregate, die im äußeren Kühlkreis zur chemischen Wasseraufbereitung, Wasserrückführung und Wassernachspeisung dienend angeordnet sind, wurden aus Gründen einer besseren Übersicht und eines besseren Verständnisses nicht dargestellt und/oder nicht erläutert. An emptying and venting pipe system 37 is also connected to the pipe system of the outer cooling circuit. Further units, which are arranged in the outer cooling circuit for chemical water treatment, water return and water replenishment, were not shown and / or not explained for reasons of a better overview and better understanding.

Während anhand von Fig. 1 der Aufbau des Turbogenerators 1 erläutert wurde, zeigt die Abbildung Fig. 2 die Eintragstellen auf, über die Wasser, Feuchte, Öl, Wasserstoff, Luft und Tritium in das System eintreten und/oder aus diesem austreten können. While the structure of the turbogenerator 1 was explained with reference to FIG. 1, FIG. 2 shows the entry points via which water, moisture, oil, hydrogen, air and tritium can enter and / or exit the system.

Eine mögliche Eintragstelle von Feuchte in den Innenraum 3 des Generatorgehäuses 2 ist die Umgebungsluft 100 während der Fertigung oder beim Öffnen der Maschine während der Revision. Um diese Menge klein zu halten, werden bei Maschinenstillständen sogenannte Munterstrockner installiert, die das Eindringen von Luftfeuchte verhindern sollen. A possible entry point for moisture into the interior 3 of the generator housing 2 is the ambient air 100 during manufacture or when the machine is opened during the revision. In order to keep this amount small, so-called sub-dryers are installed when the machine is at a standstill to prevent the ingress of air humidity.

In Abhängigkeit von der Umgebungsfeuchte, der Temperatur, den Werkstoffen, den Fertigungsprozessen und anderen Faktoren wird in der Maschine Feuchte als Wasserdampf 101 bevorzugt in hygroskopischen Materialien und Kapillaren gespeichert. Isolationswerkstoffe können Wasserdampf bis in die tiefen Schichten aufnehmen und unter entsprechenden physikalischen Bedingungen wieder nach und nach abgeben. Neuere Isolierstoffe mit hohem Glasanteil nehmen weniger Wasserdampf in tiefere Schichten auf, können aber an der Oberfläche Wasser 102 binden. Somit ergeben sich Feuchteänderungen innerhalb des Generatorgehäuses 2 durch Aufnahme und Abgabe von Wasserdampf entsprechend der Partialdrücke des Wasserdampfs im eingelagerten Zustand und im angrenzenden Gas. Die in Werkstoffen und Kapillaren gebundene Feuchte kann dabei mehr als dm³ betragen. Zum Austreiben dieser Feuchtemenge mit Hilfe eines Gastrockners 21 können mehrere Wochen benötigt werden. Depending on the ambient humidity, the temperature, the materials, the manufacturing processes and other factors, moisture is preferably stored in the machine as water vapor 101 in hygroscopic materials and capillaries. Insulation materials can absorb water vapor down to the deep layers and gradually release it again under appropriate physical conditions. Newer insulating materials with a high glass content absorb less water vapor in deeper layers, but can bind water 102 on the surface. This results in changes in humidity within the generator housing 2 due to the absorption and release of water vapor in accordance with the partial pressures of the water vapor in the stored state and in the adjacent gas. The moisture bound in materials and capillaries can be more than dm ³ . It may take several weeks to expel this amount of moisture with the aid of a gas dryer 21 .

Wenn die Druckprobe des Generatorgehäuses 2 an der fertigen Maschine mit trockener Luft oder feuchter Luft durchgeführt wird, stellen sich über die Zeit neue Taupunkttemperaturen ein, die in der Regel von dem Feuchtemesser 28 gemessen werden. Beim Füllen des Generatorgehäuses 2 mit Wasserstoff ist dessen Taupunkttemperatur normalerweise sehr niedrig. Wird die Primärwassertemperatur mit einer Heizvorrichtung erhöht und das Primärwasser mit einer Umwälzpumpe durch die Wicklungen gedrückt, wird Feuchte aus den indirekt erwärmten Bauteilen frei und die Taupunkttemperatur im Gas steigt, bis sich bei konstanter Temperatur von Gas und Werkstoff ein neuer Gleichgewichtszustand der Wasserdampfpartialdrücke eingestellt hat. An Bauteilen, die kalt bleiben, wie beispielsweise den Gehäusewänden, kann es zu Taupunktunterschreitungen und zum Ausfall von Wasser 103 kommen. Wenn zu dieser Zeit die Wasserstoffkühler 6 mit kaltem Sekundärwasser 7 durchströmt werden, kann es hier zur Kondensation 104 an den Kühlrohren und/oder Lamellen, oder zum Abtropfen des Kondensats 105 führen. Ein Ansprechen der Flüssigkeitsmelder 26 ist in diesem Fall nicht auszuschließen. If the pressure test of the generator housing 2 is carried out on the finished machine with dry air or moist air, new dew point temperatures are established over time, which are usually measured by the moisture meter 28 . When the generator housing 2 is filled with hydrogen, its dew point temperature is normally very low. If the primary water temperature is increased with a heating device and the primary water is pressed through the windings with a circulation pump, moisture is released from the indirectly heated components and the dew point temperature in the gas rises until a new equilibrium state of the water vapor partial pressures has been established at a constant temperature of the gas and material. Components that remain cold, such as the housing walls, may fall below the dew point and water 103 may fail. If at this time the hydrogen cooler 6 is flowed through with cold secondary water 7 , it can lead to condensation 104 on the cooling tubes and / or fins, or to the condensate 105 dripping off. A response of the liquid detector 26 can not be ruled out in this case.

Diese beschriebenen Vorgänge erfolgen auch, wenn sich das Kühlgas Wasserstoff beim Hochfahren der Maschine durch Reibungsverluste, insbesondere bei Maschinen mit Kompressoren, schnell erwärmt und das Gas schnell und mit großer Intensität freiwerdende Feuchte aus den Isolierstoffen und Kapillaren 106 aufnimmt. Um eine Betauung an den Wicklungen zu verhindern, wird regelungstechnisch die Primärwassertemperatur immer über der Gastemperatur gehalten. Die Wasserstoffkühler 6 werden jedoch, sobald das Sekundärwasser 7 diese zum Regeln der Gastemperatur durchströmt, zu Kältefallen im Generatorgehäuse 2. Bei diesem Anfahrvorgang können im Innenraum 3 der Maschine die Taupunkttemperaturen temporär bis auf +30°C ansteigen. Beim Zuschalten des Kühlwassers der Wasserstoffkühler 6 kann es zu einer schlagartigen Betauung und zum Abtropfen kommen. These described processes also take place when the cooling gas hydrogen quickly heats up when the machine is started up due to friction losses, particularly in machines with compressors, and the gas absorbs moisture which is released quickly and with great intensity from the insulating materials and capillaries 106 . To prevent condensation on the windings, the primary water temperature is always kept above the gas temperature. However, as soon as the secondary water 7 flows through them for regulating the gas temperature, the hydrogen coolers 6 become cold traps in the generator housing 2 . During this start-up process, the dew point temperatures in the interior 3 of the machine can temporarily rise to + 30 ° C. When the cooling water of the hydrogen cooler 6 is switched on, sudden condensation and dripping can occur.

Nach diesen Übergangsphasen stellen sich wieder stabilere Verhältnisse der Dampfpartialdrücke ein und durch den Betrieb der Gastrockner 21 zum Entzug von Wasserdampf 107 aus dem Gaskühlkreis sinkt die Taupunkttemperatur. After these transition phases, the steam partial pressures become more stable again and the operation of the gas dryers 21 to remove water vapor 107 from the gas cooling circuit reduces the dew point temperature.

Kommen Geltrockner als Gastrockner 21 zum Einsatz, verläuft die Aufnahme von Wasser nach einer e-Funktion, das heißt, der Trockner nimmt nach einer von vielen Funktionen abhängigen Betriebszeit praktisch kein Wasser mehr auf. In diesem Betriebszustand kann er sogar unter Umständen wieder Feuchte abgeben. In der Praxis wird die Betriebszeit nach dem Farbumschlag des Gels oder nach der sogenannten Durchbruchstemperatur bestimmt. If gel dryers are used as gas dryers 21 , the absorption of water takes place after an e-function, that is to say the dryer practically no longer absorbs water after an operating time which is dependent on many functions. In this operating state, it can even release moisture under certain circumstances. In practice, the operating time is determined after the color change of the gel or after the so-called breakthrough temperature.

Damit der Trockner wieder Wasser aufnehmen kann, ist ein sogenannter Regenerationsbetrieb erforderlich. Während dieses Betriebs wird der Trockner abgesperrt und das Wasser 108 mit warmer Luft entzogen. Die Taupunkttemperatur im Wasserstoff steigt während dieser Regenerierung des Trockners wieder an. Erfahrungsgemäß stellt sich nach mehreren Wochen bei konstantem Leistungsbetrieb des Generators eine mittlere Taupunkttemperatur ein. Diese mittlere Taupunkttemperatur ist nicht nur vom Maschinentyp abhängig, vielmehr können baugleiche Maschinen bei gleicher Fahrweise der Leistung deutliche unterschiedliche mittlere Taupunkttemperaturen aufweisen. Taupunkttemperaturen von -10°C bis -15°C oder auch unter -40°C können sich einstellen. So-called regeneration operation is required so that the dryer can absorb water again. During this operation, the dryer is shut off and the water 108 is extracted with warm air. The dew point temperature in the hydrogen rises again during this regeneration of the dryer. Experience has shown that after several weeks of constant power operation of the generator, an average dew point temperature is reached. This average dew point temperature is not only dependent on the type of machine; rather, identical machines can have significantly different average dew point temperatures with the same mode of operation. Dew point temperatures from -10 ° C to -15 ° C or even below -40 ° C can occur.

Sobald die thermischen Verhältnisse sich in der Maschine beim Leistungsbetrieb ändern, stellen sich neue Taupunkttemperaturen ein, selbst, wenn es nicht zu einer Kondensation an kalten Bauteilen kommt. Mit dem Feuchtemesser 28 werden diese erfaßt. Der Anstieg der Feuchte läßt aber keinen direkten Rückschluß auf das Vorliegen einer Primärwasserleckage zu. As soon as the thermal conditions in the machine change during power operation, new dew point temperatures are set, even if there is no condensation on cold components. These are detected with the moisture meter 28 . However, the increase in humidity does not allow any direct conclusion to be drawn as to the presence of a primary water leak.

Das Eintragen von Feuchte über die Nachspeisung von Wasserstoff 109 kann mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden. The entry of moisture via the make-up of hydrogen 109 can be excluded with a high degree of probability.

Ferner besteht die Möglichkeit, dass dem Gaskühlkreis von außen Feuchte 110 über die Wellendichtung 9 zugeführt wird. In der Wellendichtung 9 kann es zu einem Ölaustausch kommen, bei dem luftgesättigtes Öl mit wasserstoffhaltigem Öl vermischt wird. Das luftgesättigte oder mit atmosphärischer Luft angereicherte Öl enthält anlagen- und umweltspezifisch hohe Wasserdampfanteile, die in den Gaskühlkreis eindringen und den Feuchtezustand in der Maschine beeinflussen können. There is also the possibility that moisture 110 is supplied to the gas cooling circuit from the outside via the shaft seal 9 . An oil exchange can occur in the shaft seal 9 , in which air-saturated oil is mixed with hydrogen-containing oil. The air-saturated oil or oil enriched with atmospheric air contains plant and environment-specific high water vapor components that can penetrate the gas cooling circuit and influence the moisture level in the machine.

Über einen undichten Wasserstoffkühler 6 kann Sekundärwasser 111 in das Generatorgehäuse 2 gelangen. Die Feuchtemesser 28 können aber den Eintrag von Wasser aus unterschiedlichen Quellen nicht unterscheiden, so dass ein Feuchtealarm der Feuchtemesser 28 noch nicht zwangsläufig bedeutet, dass eine Leckage vorliegt, da die voranstehenden Darlegungen gezeigt haben, dass vielfältige Ursachen vorliegen können, die zur Ansammlung von Wasser und/oder Feuchte in der Maschine führen, und zwar ohne das Vorliegen einer Leckage. Secondary water 111 can get into the generator housing 2 via a leaky hydrogen cooler 6 . However, the moisture meters 28 cannot distinguish the entry of water from different sources, so that a moisture alarm of the moisture meters 28 does not necessarily mean that there is a leak, since the above explanations have shown that there can be various causes that can lead to the accumulation of water and / or moisture in the machine without leakage.

Weil die Einflussgrößen der Feuchte 100 bis 111 in der Maschine die Detektion einer Leckage erschweren, wird Tritium als Hilfsmittel zur Detektion verwendet. Die online-Überwachung des Wasserstoffs auf Tritium mit entsprechenden Detektoren 29 hat sich zur grundsätzlichen Feststellung einer Leckage im Primärwasserkreis bewährt. Wird über den Detektor 29 Tritium angezeigt, stellt sich die Frage nach Ort und Menge der Leckage, nach der Gefährdung der Maschine und nach der Echtheit der Fehlermeldung. Mit einem entsprechend hohem Aufwand ist es möglich auch Kleinstleckagen < 10 g/h nachzuweisen. Tritium is used as an aid for detection because the influencing factors of the humidity 100 to 111 make the detection of a leak more difficult in the machine. The online monitoring of the hydrogen on tritium with appropriate detectors 29 has proven itself for the basic detection of a leak in the primary water circuit. If tritium is displayed via the detector 29 , the question arises as to the location and amount of the leak, the danger to the machine and the authenticity of the error message. With a correspondingly high effort, it is possible to detect even small leaks <10 g / h.

Die Abbildung Fig. 3 zeigt eine Schaltungsvariante, wie der Gastrockner 21 über die Rohrleitung 22 an die Maschine angekoppelt sein kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Gastrockner 21 als Geltrockner ausgebildet, der eine mit einem hygroskopischen Gel gefüllte Kammer 38 aufweist. Zur Bestimmung einer Leckage und der Leckagegröße ist bei dieser Schaltung in der Rohrleitung 22 hin zum Gastrockner 21 eine auswechselbare Patrone 39 angeordnet, die mit einem hygroskopischen Gel gefüllt ist. Beim Durchströmen dieser Patrone 39 mit Kühlgas aus der Maschine lagert sich Feuchtigkeit in dem Gel ab und führt zu einer Gewichtszunahme. Aus einem Vergleich des bekannten Gewichts der Patrone 39 mit trockenem Gel und der Patrone mit nassem Gel läßt sich bei bekannter Betriebsdauer und bekanntem Volumenstrom durch die Patrone die Wassermengenaufnahme des Gels pro Zeiteinheit bestimmen, die wiederum eine Aussage über die Leckagemenge ermöglicht. Figure 3 shows a circuit variant of how the gas dryer 21 can be coupled to the machine via the pipeline 22 . In the exemplary embodiment shown, the gas dryer 21 is designed as a gel dryer which has a chamber 38 filled with a hygroscopic gel. To determine a leak and the size of the leak, an exchangeable cartridge 39 , which is filled with a hygroscopic gel, is arranged in this circuit in the pipeline 22 to the gas dryer 21 . When cooling gas flows through this cartridge 39 from the machine, moisture is deposited in the gel and leads to an increase in weight. From a comparison of the known weight of the cartridge 39 with dry gel and the cartridge with wet gel, the water consumption of the gel per unit of time can be determined with a known operating time and volume flow through the cartridge, which in turn enables a statement about the amount of leakage.

Bei der Verwendung der mit dem Gel gefüllten Patrone 39 muß der Gastrockner 21 nicht unbedingt auch als Geltrockner ausgebildet sein, wie es bei der dargestellten Ausführungsform der Fall ist. Der Einsatz eines Kondensattrockners ist ebenso möglich. When using the cartridge 39 filled with the gel, the gas dryer 21 does not necessarily have to be designed as a gel dryer, as is the case in the embodiment shown. The use of a condensate dryer is also possible.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform zeigt vielmehr eine weitere Möglichkeit, den zuvor beschriebenen Gewichtsunterschied zwischen dem trockenen und dem nassen Gel zu ermitteln. Zu diesem Zweck ist die mit dem Gel gefüllte Kammer 38 mit einer Wägeeinrichtung 40 verbunden, so dass ohne Ausbau der Kammer 38 oder des gesamten Gastrockners 21 die Gewichtsbestimmung des Gels zur Ermittlung der Leckagegröße ermöglicht wird. Rather, the embodiment shown in FIG. 3 shows a further possibility for determining the previously described weight difference between the dry and the wet gel. For this purpose, the chamber 38 filled with the gel is connected to a weighing device 40 , so that the weight of the gel can be determined to determine the leakage size without removing the chamber 38 or the entire gas dryer 21 .

Bei der vorgestellten Maschine lassen sich Leckagen der unterschiedlichsten Art sicher und schnell feststellen wobei in vielen Fällen zusätzlich eine Aussage über die Leckagemenge und/oder den Leckageort möglich ist. With the presented machine, leakages of the of various kinds can be determined safely and quickly In many cases, an additional statement about the amount of leakage and / or the location of the leak is possible.

Claims

1. A method for detecting leaks in water-cooled electrical machines with a generator housing that is gas-tight to the atmosphere and filled with a cooling gas, and at least one closed cooling water circuit for removing the heat generated by the generator, the cooling water containing a radioactive substance, in particular tritium, as a tracer , and wherein the cooling gas is examined by means of a detector for traces of the tracer substance, characterized by the method steps:

a) detecting traces of the tracer substance in the cooling gas by means of the detector;

b) disconnecting the detector from the cooling gas supply and

c) purging the detector with an inert gas and performing a zero measurement to determine the zero rate of the detector.

2. The method according to claim 1, characterized by
the process step following process step c):
Calibrate the detector to determine the pulse rate by supplying pure cooling gas moistened with cooling water to the detector.

3. A method for the detection of leaks in water-cooled electrical machines with a generator housing that is gas-tight to the atmosphere and filled with a cooling gas, and at least one closed cooling water circuit for removing the heat generated by the generator, the cooling water containing a radioactive substance, in particular tritium, as a tracer , and the cooling gas is fed to a gas dryer,
characterized by the process steps:
Passing the cooling gas to be dried through a gel cartridge upstream of the actual gas dryer and interchangeably arranged in the pipeline with a fixed dry weight;
Weigh the wet gel cartridge and determine the amount of water consumed per unit of time and
Examine the gel for traces of the tracer substance.

4. The method according to claim 3, wherein a gel dryer is used as the gas dryer,
marked by
the procedural steps:
Weighing the gas dryer wet gel before regeneration;
Comparing the determined weight with the dry weight of the gel in the gas dryer to determine the amount of water taken up per unit time and
Examine the gel for traces of the tracer substance.

5. A method for the detection of leaks in water-cooled electrical machines with a generator housing that is gas-tight to the atmosphere and filled with a cooling gas and at least one closed cooling water circuit for removing the heat generated by the generator, the cooling water containing a radioactive substance, in particular tritium, as a tracer , and the generator housing is provided with at least one liquid detector,
marked by
the procedural step:
Examine the water and / or condensate collected in the generator housing, the secondary cooling water, the sealing oil of the shaft seals, the moisture in the coupling protection of the exciter coupling and / or the water on the outlet pipe during regeneration operation of the gas dryer for traces of the tracer substance.

6. The method according to at least one of claims 1 to 5, characterized, that between two measurements the specific activity of the Tracer substance is increased by 50 to 100% to avoid errors Exclude stored tracer residues in the machine can.

7. Method for the detection of leaks in water-cooled electrical machines with a generator housing that is gas-tight to the atmosphere and filled with a cooling gas and at least one closed cooling water circuit for removing the heat generated by the generator, the cooling water containing a radioactive substance, in particular tritium, as a tracer .
marked by
the procedural step:
Determination of the gas bubbles and the pressure increase in an expansion tank of the primary cooling circuits to determine a gas leak with the entry of cooling gas into the cooling water circuit.

8. Device for performing the method according to claim 3 or 4 for the detection of leaks in water-cooled electrical machines with a gas-tight to the atmosphere ( 8 ) and filled with a cooling gas generator housing ( 2 ) and at least one closed cooling water circuit ( 14 , 15 , 18 ) for removing the heat generated by the generator, the cooling water containing a radioactive substance, in particular tritium, as the tracer and the cooling gas being fed to a gas dryer ( 21 ),
characterized,
that a cartridge ( 39 ) filled with a hygroscopic gel is interchangeably arranged in the pipeline ( 22 ) to the gas dryer ( 21 ).

9. The device according to claim 8,
characterized,
that the gas dryer ( 21 ) is designed as a gel dryer and
at least one chamber ( 38 ) of the gas dryer ( 21 ) containing the hygroscopic gel is connected to a weighing device ( 40 ).